輕型柔性機械臂的誤差分析與辨識.pdf

1、由于具有高負載自重比，且功耗低、結構緊湊、操作靈活，輕型機械臂被廣泛應用在航空航天、反恐排爆、家庭服務等領域。但是，在帶來諸多優(yōu)點的同時，輕型機械臂也有著明顯缺陷，即剛度低、易產(chǎn)生柔性變形，這嚴重限制了輕型機械臂的應用。而且，機械臂的柔性誤差和幾何誤差耦合在一起，使誤差分析與辨識的難度大大增加。本論文的研究對象屬于典型的輕型機械臂，其質(zhì)量受到嚴格限制，連桿細長，為了深入了解它的誤差形成機理并最終提高機械臂的精度，本文在誤差建模、辨識、補

2、償?shù)确矫孢M行了深入研究。
　　基于坐標系的廣義位姿誤差矢量定義，本文首先推導出了機械臂的廣義誤差模型，該模型具有很強的通用性。由于DH法不能全面反映坐標系的位姿誤差，文中通過引入MDH法，推導了連桿坐標系的廣義幾何誤差，得到了廣義幾何誤差模型，該模型可以用于指導機械臂的設計、制定精度指標等。隨后給出了一個仿真實例，分析了機械臂的末端幾何誤差。
　　柔性是輕型機械臂的重要誤差來源，同時也使誤差分析和辨識的難度增大。論文將柔性關

3、節(jié)簡化為線性扭簧，并根據(jù)梁變形理論分析了連桿的柔性變形，最終在此基礎上得到機械臂的柔性誤差模型。通過有限元仿真發(fā)現(xiàn)，建立的柔性誤差模型能比較精確地反映機械臂的柔性誤差。文章的最后，詳細闡述了誤差形成機理，并綜合機械臂的幾何誤差和柔性誤差，建立了綜合誤差模型。
　　廣義誤差模型冗余度的存在導致誤差識別的精度降低，文中通過誤差敏感矩陣得到誤差雅可比矩陣的線性組合關系，并最終獲得去除冗余度的幾何誤差識別模型。選取了若干考察點并測量得到各

4、點處綜合誤差，通過去除柔性誤差部分得到末端幾何誤差部分，然后對幾何誤差進行了識別，結果表明去除冗余度后的識別模型能準確地識別出機械臂的DH參數(shù)偏差。
　　最后，本文基于誤差模型給出了一種前饋補償策略，仿真結果表明該策略是行之有效的。文章還簡要分析了輕型機械臂的動力學特性，當機械臂運動緩慢時，離心力和哥氏力對關節(jié)力矩的影響可忽略不計。由此也發(fā)現(xiàn)，在此種情況下，本文所提出的誤差模型和補償策略可以用于分析和補償機械臂運動過程中的準靜態(tài)誤